Pārskats par projektu

Laika posmā no projekta sākuma 01.09. 2014. līdz tā beigām 31.08.2015. ir iegūti sekojoši galvenie rezultāti

1. aktivitāte - „hBN pulveris”.

Komerciāli iegūtiem hBN pulveriem un nanomateriāliem bija paredzēts pētīt luminiscences spektrus plašā temperatūru rajonā (8 K līdz 300 K) un luminiscences spektru atkarību no gāzu klātbūtnes ap paraugu.

Paredzētie pētījumi tika pilnībā veikti. hBN pulveriem ar dažādu graudu izmēru ir izmērīti un analizēti luminiscences un tās ierosmes spektri, kopā ar luminiscences kinētiku, kas ļauj noteikt dabīgo defektu radītus luminiscences mehānismus un izvērtēt attiecīgos luminescences centrus. Veiktie pētījumi ļauj konstatēt, ka hBN materiāls ir perspektīvs skābekļa gāzes sensora izveidei.

Iegūtie rezultāti ir apkopoti mērījumu paketē un izklāstīti rakstā, kura melnraksts ir iesniegts publicēšanai žurnālā „ Journal of Optical Materials”.

2. aktivitāte – „AlN nanopulveris”.

Bija paredzēts pētīt dažādu gāzu un vakuuma ietekmi uz AlN nanopulvera luminiscenci. Tika lietoti RTU NĶI sintezētie AlN nanopulveri ar vidējo grauda izmēru ~60 nm. Tika pētīti AlN luminiscence un tās ierosmes spektri plašā temperatūru rajonā (8 K līdz 300 K), lai izvērtētu luminiscences centru veidus un attiecīgos mehānismus.

Paredzētie pētījumi tika veikti. Dabīgo defektu radītās luminiscences pētījumi parādīja, ka AlN nanopulveris ir perspektīvs materiāls skābekļa gāzes koncentrācijas noteikšanai gāzu maisījumā. Materiāla zilā luminiscence ir jutīga pret paraugu aptverošo skābekli, kas samazina luminiscences intensitāti.

Iegūtie mērījumu rezultāt ir apkopoti mērījumu paketē un ietverti pieteiktā Eiropas patentā.

Patenta nosaukums: „AlN NANOPOWDER – MATERIAL FOR OXYGEN GAS OPTICAL SENSORS”. Autori: Baiba Berzina, Valdis Korsaks, Laima Trinkler, and Janis Grabis.

3. aktivitāte – „Metālu oksīdi”.

Bija paredzēts veikt ZnO, TiO2 nanokristālu luminiscences izpēti atkarībā no apkārtējām gāzēm. Materiāli tika sintezēti RTU NĶI.

Tika pētīti metālu oksīdu (ZnO, TiO2) nanokristālu luminiscences spektrāli-kinētiskie raksturlielumi paraugam atrodoties gaisā un vakuumā, kā arī gāzu maisījumā pie istabas temperatūras. Iegūtie rezultāti ir apkopoti mērījumu paketē.

4. aktivitāte – „Aktivēti metālu oksīdi”.

Bija paredzēts veikt skābekļa ietekmes izpēti uz ar Al un retzemju elementiem aktivētu metāla oksīdu nanokristālu luminiscenci. Ar Al un Eu3+ aktivētos metālu oksīdos tiek pētīti luminiscences spektri paraugiem atrodoties vakuumā, skābekļa gāzē un gāzu maisījumos, lai noteiktu aktivātoru ietekmi uz materiāla gāzu jutību.

Ar Al, kā arī ar retzemju elemantiem aktivēti metalu oksīdu nanokristāli pētījumu veikšanai sintezēti ar 3 metodēm: sol-gel metodi, plazmas elektrolītiskās oksidēšanas metodi, iztvaicēšanas-kondensēšanas metodi reaktorā HELIOTRON. Veikti sintezēto nanokristalu kompleksi pētījumi, ietverot spektrāli-kinētiskās metodes, kristāliskās struktūras noteikšanu ar rentgenstaru difrakcijas metodi, sastāva kvantitatīvas analīzes ar EDAX metodi, morfoloģijas izpēti ar elektronmikroskopijas metodēm.

Visu pētīto aktivēto metālu oksīdu nanokristali visaktivāk sadarbojas ar skābekli, sadarbība ar slāpekli vai argonu maz izteikta. Savukārt no visiem pētītajiem metālu oksīdu nanokristāliem efektivāko sadarbību ar skābekli uzrāda aktivēts cinka oksīds. Augsta īpašību atkārtojamība ir HELIOTRON reaktorā sintezētajiem metālu oksīdu nanokristāliem. Pētījumu rezultāti rāda, ka aktivēto metālu oksīdu nanokristālu mijiedarbība ar tos aptverošo gāzu maisījumu ir atkarīga no nanokristalu izmēra. Taču vienāda izmēra nanokristāli, kuri sintezēti ar dažādām metodēm arī uzrāda atšķirīgu sadarbību ar gazēm. Morfologijas pētījumi rāda, ka iespējamais cēlonis tam ir nanokristālu savstarpējā agregatizācija

Tādejādi veikto pētījumu rezultātā ir noskaidrots, ka aktivētu metālu oksīdu nanokristālu luminiscence ir atkarīga noskābekļa satura nanokristālus aptverosajās gāzēs, tadēļ tos iespējams izmantot skabekļa sensoru jutīgo elementu izveidei. No pētīto materialu klāsta par perspektīvāko skabekļa sensoru jutīgo elementu izveidei uzskatāms aktivēts cinka oksīds, jo tas uzrāda lielāko jutību. Luminiscentā skābekļa sensora izveidē veiksmīgākie tehniskie risinājumi iegūstami izmantojot uz metaliska cinka sintezētu aktivēta cinka oksīda nanostrukturētu klājumu, kurš ir cieši piesaistīts metālam, kaut gan labākā nanokristālu īpašību atkartojamība novērota HELIOTRON reaktorā sintezētiem nanokristāliem. Tādejādi veikto pētījumu rezultati ir ievērojams ieguldījums augstāk minēto četru problēmu risināšanā un atbilst aktivitātes izpildei.

Tika pētīti paraugu luminiscences spektri paraugiem atrodoties vakuumā, skābekļa gāzē un gāzu maisījumos, lai noteiktu aktivātoru ietekmi uz materiāla gāzu jutību. Iegūtie rezultāti ir atspoguļoti mērījumu paketē un publikācijā: L.Grigorjeva, et.al Sensors and Actuators. Raksts ir pieejams internetā „on line” versijā, DOI: http://dx.doi.org/doi:10.1016/j.san.2015.09.018

5. aktivitāte –„ ZnO nanokompozīti”

Tika paredzēta struktūras un luminiscento īpašību izpēte ZnO nanokopozītos.

Izgatavoti ZnO nanokompozīti, iestrādājot ZnO pulveri (5 svara%) polipropilēna (PP) un polietilēna (PE) matricā, kā arī kompaktējot ZnO nanopulveri keramikas tehnoloģijas ceļā. Luminiscences intensificēšanai veikta PP/ZnO un PE/ZnO nanokompozītu apstarošana ar 150 MeV kriptona joniem ar dažādām dozām. Panākts ievērojams luminiscences intensitātes palielinājums. Lai palielinātu absorbējošās virsmas laukumu, veikta nanokompozītu virsmas selektīvā ķīmiskā kodināšana un skrāpēšana skanējot ar indentoru. Izpētītas nonokompozītu un to komponentu luminiscentās īpašības. Veikti nanokompozītu luminiscences intensitātes salīdzinošie mērījumi vakuumā un gaisa vidē. Pētītjiem nanokompozītiem novērots stabila un atkārtojama luminiscences izmaiņa gaisa vides iedarbībā.Labākos rezultātus uzrādīja PP/5% ZnO un no ZnO nanopulvēra kompaktēta keramika. Detalizēti rezultāti pieejami rezultātu paketē par 5.aktivitāti.

Rezultāti publicēti rakstā žurnālā Physica Scripta 90 094018 (2015) 8 (F.Muktepāvela et al.) un mērījumu paketē.

6. aktivitāte – „Oksifluorīda stikla keramika”

Bija paredzēta optisko īpašību izpēte oksifluorīdu stiklu keramikai, lai izveidotu materiālu UV starojuma konvertoriem.

Tika veikta paraugu sintēze (metodes uzlabošana), sastāva atkārtojamības un viendabības izpēte un paraugu luminiscences un tās atkarības no sastāva izpēte. Tika sintezēti un izpētīti kalcija alumosilikātu un nātrija alumosilikātu stiklu un stikla keramiku paraugi, aktivēti gan ar vienu, gan vienlaicīgi ar diviem retzemju aktivatoru joniem. Izmērīti luminiscences spektri un noteikti paraugu luminiscences krāsu raksturojošie lielumi. Veikta stikla keramiku kristāliskās fāzes analīze ar rentgendifrakcijas metodi. Veikti trīsvērtīgo aktivatora jonu struktūras oksifluorīdu stikla keramikās pētījumi ar magnētisko rezonanšu metodēm.

Noskaidrots, ka labākie krāsu un krāsu attēlošanas indeksi ir sasniegti kalcija alumosilikāta stikla keramikai ar diviem aktivatoriem – eiropiju un disproziju, kura iegūta, karsējot stikla paraugu 7250C temperatūrā.

Projektā iegūtie un izpētītie oksifluorīdu stikla keramiku materiāli pēc savām luminiscentajām īpašībām ir perspektīvi pielietojumiem baltās gaismas diožu luminoforos. Sk. zīmējumu.

Iegūtie rezultāti ir atspoguļoti mērījumu paketē un publikācijā: A.Fedotovs, uc., Journal of Non-Crystalline Solids, 429 (2015) 118-121.

7. aktivitāte - Publicitāte.

Ir paredēts iesniegt 5 oriģinālus zinātniskos rakstus žurnālos vai konferenču rakstu krājumos ar citēšanas indeksu, kas sasniedz 50% no nozares vidējā citēšanas indeksa.

Projekta izpildes gaitā šis uzdevums ir veikts.

Publikāciju saraksts:

1. B. Berzina, V. Korsaks, L. Trinkler, A. Sarakovskis, J. Grube, and S. Bellucci „Blue luminescence of hexagonal boron nitride”, Journal of Optical Materials, submitted 31.08.2015. Nr. OM-D-15-00975. (submitted) 1. Aktivitāte Nr.1.

2. L.Grigorjeva, D. Millers, K.Smits, A.Zolotarjovs „Gas sensitive luminescence of ZnO coatings obtained by plazma electrolytic oxidation”, Sensors and Actuators. Raksts ir pieejams internetā „ON LINE” versijā, DOI: http://dx.doi.org/doi:10.1016/j.san.2015.09.018 Aktivitāte Nr.4.

3. Faina Muktupavela, Larisa Grigorjeva, Karlis Kundzins, Elena Gorikhova, Piotr Rodnyij, „Structure,nanohardness and photoluminescence of ZnO ceramics based on nanopowders”, Phys. Scr. 90 (2015) 094018.

Aktivitāte Nr.5.

4. Anatolijs Sarakovskis, Guna Krieke, „Upconvertion luminescence in erbium doped transparent oxyfluoride glass ceramics containing hexagonal NaYF4 nanocrystals”, Journal of the European Ceramics Society, (2015).

(Accepted): JECS-D-15-00298. Aktivitāte Nr.6.

5. A.Fedotovs, A.Antuzevics, U.Rogulis, M.Kemere, R. Ignatans, „ Electron paramagnetic resonance and magnetic circular dichroism of Gd ions in oxyfluoride glass ceramics containing CaF2 nanocrystals”, Journal of Non-Crystalline Solids, 429 (2015) 118-121; Aktivitāte Nr.6.

8. aktivitāte - Patents

Ir paredzēts iesniegt vienu Eiropas patentu.

Ir iesniegts 1 Eiropas patents par 2. aktivitātes rezultātiem.

Patenta nosaukums: „AlN NANOPOWDER – MATERIAL FOR OXYGEN GAS OPTICAL SENSORS”. Autori: Baiba Berzina, Valdis Korsaks, Laima Trinkler, and Janis Grabis.